JP3504367B2 - インク・ジェット・プリンタのための電圧降下用修正装置 - Google Patents
インク・ジェット・プリンタのための電圧降下用修正装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はインク・ジェット・プリ
ンタ、更に言えば、インク・ジェット・プリントヘッド
の加熱素子に付与されるパルス信号の電圧降下を補償し
て、印刷の質を高める装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】サーマル・インク・ジェット・プリンタ
は、複数の滴噴出器からインク滴を選択的に噴出してコ
ピー表面上に所望の像を形成する。プリントヘッドは一
般に、インクをコピー表面に運搬する滴噴出器を備え
る。プリントヘッドは像を印刷すべくコピー表面に対し
て後方および前方に移動することができる。また、アレ
イはコピーシート幅の全体にわたって拡張されていても
よい。どちらの場合においても、コピー表面はプリント
ヘッドの線型アレイに対して垂直方向に移動する。イン
ク滴噴出器は一般に、細管チャネルのようなインク通路
を備えており、このインク通路はノズル端を有し、ま
た、１つ若しくは２つ以上のインク供給マニホールドに
接続されている。各チャネルは一般に、インクを加熱す
るための加熱素子を有する。マニホールドからのインク
は、適当な信号に応答して、チャネル内のインクが急速
に加熱され且つチャネル内に配置された加熱素子によっ
て蒸発されるまでは、各チャネル内に保持される。幾つ
かのインクのこの急速な蒸発は、ある量のインクを生じ
させる気泡、即ち、ノズルを通じてコピー表面に噴出さ
せる滴を形成する。Hawkins に付与された米国特許第
４，７７４，５３０号は一般的なインク・ジェットプリ
ントヘッドの通常の形態を示す。高速印刷を可能にする
には、印刷すべきパターンに必要なものと同じであるよ
うな、同時印刷可能な多数のジェットを有することが必
要である。例えば、一般に商業利用可能な１２８ジェッ
トプリントヘッドは、４つまでのジェットが同時に作動
（fire) される。 【０００３】従来のインク・ジェット・プリントヘッド
デバイスにおいて、加熱素子両端に付与される電圧は一
般に、「スレッショルド」電位（滴が噴出される電位の
中で最も低いもの）より１０％大きい。しかしながら、
電圧があまり高く設定されると、プリントヘッドはコゲ
イション（kogation) （残留インク）によって早期に劣
化し、加熱故障を生じる。幾つかの従来装置はプリント
ヘッドの温度を制御して滴およびその後のスポットサイ
ズを制御しようと試みた。例えば、Kneezel 等に付与さ
れた米国特許第４，９８０，７０２号は、加熱動作を調
整してプリントヘッドを所望の動作範囲に保持するよう
な制御回路を利用した温度制御装置を開示する。しかし
ながら、プリントヘッドの温度制御は困難である。なぜ
なら、一定の温度範囲を達成するには、温度を感知し、
加熱装置を調整し、更に、調整温度を調査するのに、大
きなフィードバック時間を必要とするからである。プリ
ントヘッドの温度を直接的に制御する困難性を克服する
ため、Wysocki 等に付与された米国特許第５，２２３，
８５３号は、ある大きさと継続時間を有した電気信号を
加熱素子に選択的に付与することによって噴出されるイ
ンク滴のサイズを制御することを提案している。 【０００４】Shirato 等に付与された米国特許第４，３
４５，２６２号に開示されているように、放電された滴
のサイズは電気エネルギー量といった様々な制御ファク
タによって決定されることが知られている。 【０００５】 【発明の概要】プリントヘッドの個々の加熱素子の両端
に付与される電圧の変化は、パルス化されるプリントヘ
ッド上の加熱素子の位置と共に、いくつの加熱装置が同
時にパルス化されるかに依存することが明らかとなって
いる。しかしながら、どの従来例も、いくつの素子が同
時にパルス化されるかということや、若しくは、作動(f
ire)される素子のプリントヘット上における位置に依存
して、加熱素子における電圧降下を補償する装置を開示
してはいない。故に、本発明の目的は、インク・ジェッ
ト・プリンタの加熱素子のための電圧降下修正を提供す
ることにある。また、本発明の目的は、同時にパルス化
される加熱素子の数に依存してそのような電圧降下修正
を提供することにある。また、本発明の目的は、パルス
化される加熱素子のプリントヘッド上における位置に依
存してそのような電圧降下修正を提供することにある。
また、本発明の目的は、上昇温度においてインク・ジェ
ット・プリントヘッドにおいて噴出される滴のサイズを
制御することにある。 【０００６】上の及び他の目的を達成するため、本発明
は、インク・ジェット印刷装置のプリントヘッド上の複
数の加熱素子に選択的に付与される電気パルス信号の電
圧降下を補償する方法を有する。この方法は、作動すべ
き複数の加熱素子の数を決定する段階と、決定されたパ
ルス化すべき加熱素子の数を含む情報に基づいて各パル
ス信号の継続時間を選択する段階と、を備える。他の特
徴において、この方法は更に、パルス化すべき各加熱素
子のプリントヘッド上における位置を決定し、この決定
されたパルス化すべき加熱素子の位置にも基づいて、パ
ルス信号の継続時間を選択する段階を備える。この方法
は、決定されたパルス化すべき加熱素子の数が増加する
につれてパルス信号の継続時間を増加させ、作動すべき
加熱素子の位置がプリントヘッドの中央に近づくにつれ
てパルス信号の継続時間を増加させることにより、加熱
素子に付与される電気パルス信号の電圧降下を補償す
る。この発明はまた、上述の方法を実行するための装置
を含む。 【０００７】 【実施例】スポットサイズを電気入力信号を用いて一般
的に制御するものに関して背景情報を示すため、Wysock
i 等の米国特許第５，２２３，８５３号が本明細書に参
考として組み入れられている。インク・ジェット・プリ
ントヘッドの加熱素子における電圧変化は、プリントヘ
ッドにおける寄生抵抗や外部回路、ある所定時間に同時
にパルス化される加熱装置の数、作動すべき加熱素子の
プリントヘッド上における位置のような、様々なファク
タによって発生する。従来のインク・ジェット・プリン
タにおける、ある所定の加熱素子両端におけるそのよう
な電圧降下は、「スレッショルド」電位（インク滴が最
初に生成される電位）よりほぼ１０％大きい電位を有し
たパルスを個々の加熱素子に生成することによって一般
に補償される。これは、加熱素子の位置、若しくは、同
時に作動されるヘッド数にかかわらず、各加熱素子が滴
噴出のために十分な温度に到達するであろうことを確実
なものとする。印刷のために加熱装置に付与される最適
な電圧は、作動すべき加熱素子の数および位置による変
化と共に、加熱装置の抵抗、駆動トランジスタ・オン・
抵抗（on-resistance)、パルス幅に依存する。更に、加
熱装置やトランジスタ抵抗における変化が、全てのジェ
ットが確実に印字を行うに十分なほど高い電圧に電源を
設定する必要を生じさせる。電圧をあまりに高く設定す
ると、コゲイション（残留インク）を通じてプリントヘ
ッドの劣化が生じ、加熱素子の故障が生じる。より高い
電圧においては、加熱素子はより早く加熱されてしま
う。加熱素子のプリントヘッド上における位置、若しく
は、ある所定時間において作動すべき加熱素子の数によ
る電圧変化の明示は、プリントヘッドがスレッショルド
電圧に非常に近接して動作されたときに明らかとされ
る。これは、単一の加熱素子は確実に作動されるであろ
うが、複数の加熱素子がパルス化される場合にはそれら
は作動に失敗するといった状態を生じる。更に、プリン
トヘッドのエッジ付近の単一の加熱素子は確実に作動す
るであろうが、もしそれがプリントヘッドの中央付近に
配置された場合には作動に失敗してしまうだろう。この
理由は、寄生抵抗の両端にはより大きな電圧降下が存在
するが、これに応じて、多数の加熱素子が作動される場
合、若しくは、プリントヘッドの中央近くに配置された
加熱素子に対しては、加熱素子の両端により小さな電圧
降下しか存在しないということによる。 【０００８】サーマル・インク・ジェット性能を電圧パ
ルス幅の使用によってかなり改善できることが明らかと
されている。これは、プリントヘッド・カートリッジの
動作範囲を拡張することにより、動作の信頼性をかなり
増大させることができる。それは更に、スポットサイズ
を調整し、空気がインクチャネル中に摂取されてしまう
ことを排除する。上の問題を解決するため、本発明は、
同時にパルス化すべき加熱素子の数が増加するにつれ、
若しくは、作動される加熱素子がプリントヘッド上にお
いて中央により近づくにつれ、パルス幅を増加させる装
置を提供する。本発明は、ある所定時間においてパルス
化すべき加熱素子の数、及び／又は、位置、によって選
択される少なくとも１つのルック・アップ・テーブルを
使用する。従って、パルス幅は、パルス化すべき加熱素
子の数、及び／又は、位置によって制御される。この結
果、プリントヘッド上におけるそれらの位置、若しく
は、作動されるジェットの数により、より低い電圧と見
られる加熱素子はパルス幅が適当に変更されることか
ら、確実に噴流するのに必要とされる温度にはいまだ到
達していない。更に、この装置は以下に説明するよう
に、プリントヘッドの温度に従ってパルス幅を変更する
ことができる。 【０００９】前述の背景技術の記述で述べているよう
に、サーマルインク・ジェット・プリンタの動作特性
は、プリントヘッドの温度における変化によって影響さ
れる。プリントヘッドの温度があまりに低すぎると、印
刷の質は、とっぴな噴流（erratic jetting)によって印
字品質の欠陥、貧弱な文字形成、低い印刷密度を生じる
だろう。プリントヘッドの温度があまりに高すぎると、
解像度損失（resolution loss)、不適当な乾燥、若しく
はとっぴな動作が生じることがある。とっぴな動作が発
生する温度範囲は比較的大きい（つまり、摂氏10〜70度
(C)）。この大きな温度範囲の中で、良好な印字品質を
提供するのはより小さな範囲である。より小さなこの範
囲は、プリントヘッドやインク設計における変化によっ
て影響されるが、経験上、より小さなこの範囲は一般に
は10〜20°C であることが明らかとなっている。プリン
トヘッド温度がより小さなこの範囲から移動したとき、
印字品質は劣化する。特に、プリントヘッドの温度がよ
り小さな範囲における最小値以下に低下したとき、印字
品質は、十分充填されていない文字や低い印刷密度をこ
うむる。プリントヘッドの温度がより小さな範囲におけ
る最大値以上に上昇したとき、印字品質は、幅の広がっ
た線や印刷解像度損失（loss of print resolution) を
こうむる。カラー印刷の場合には、色彩がそれらの意図
する色合いから変化してしまうことを防止するため、均
一に移動するよう制限された温度範囲が必要とされる。
電気加熱パルスを所定の加熱素子に付与することによっ
て印刷は影響されるため、印刷を実行するとプリントヘ
ッドの温度は増加する。それ故、連続的な高密度印刷
は、許容範囲を越える上昇をプリントヘッド温度に生じ
させてしまうことがある。 【００１０】図１は、インク・ジェット・プリンタの滴
噴出器の部分立面図を示しており、インク・ジェット・
プリントヘッドの１つのバージョンで発見されたそのよ
うな複数の噴出器の中の１つを示すものである。一般
に、そのような噴出器は、１インチあたり３００個の噴
出器の線型アレイの大きさとされ、またそのように配列
されている。本発明において使用されるように、そこに
形成された滴噴出器（一般には１２８個の噴出器）のた
めに複数のチャネルを有したシリコン部材は、「ダイ・
モジュール」若しくは「チップ」として知られている。
サーマルインク・ジェット装置は、画像がその上に印刷
されるコピーシート幅、８1/2 インチ若しくはそれ以上
の全体にわたって拡張されているような単一チップを有
していてもよいが、多くの装置はコピーシートの両端を
タイプライターの方法で移動するか、若しくは、層の幅
全体にわたって当接されて完全な幅のプリントヘッドを
形成するようなより小さなチップを備えている。多数の
チップを用いて設計する際、各チップはそれ自身のイン
ク供給マニホールドを備えていてもよいし、或いは、多
数のチップが１つの共通インク供給マニホールドを共有
していてもよい。１０で示された各噴出器は、オリフィ
ス１４で終極する細管チャネル１２を含む。チャネル１
２は、インクの滴が噴出される時間までは、細管チャン
ネル１２の内部にある量のインク１６を規則正しく保持
する。複数の細管チャネル１２の各々に、インク供給マ
ニホールド（図示していない）からのインクの供給が保
持される。チャネル１２は一般に、幾つかの層の当接に
よって形成される。図１に示された噴出器において、チ
ャネル１２の主要部分は、結晶シリコンで形成され基板
１８に異方性エッチングされている溝によって形成され
る。上部基板１８は厚膜層２０と当接し、更に、低部基
板２２と当接する。 【００１１】厚膜層２０と低部基板２２の間に挟まれて
いるのが、細管チャネル１２からインクの滴を噴出させ
る電気素子である。厚膜層２０の開口によって形成され
た凹部２４内部に加熱素子２６が存在する。加熱素子２
６は一般に、例えば、約１ミクロンの厚みを有したタン
タル層で形成された保護層によって保護される。加熱素
子２６は、アドレッシング電極３０に電気的に接続され
る。プリントヘッドの多数のノズル１０の各々は、以下
により詳細に説明するように、制御回路によって選択的
に制御されるそれ自身の加熱素子２６と個々のアドレッ
ッシング電極３０を有する。電気信号がアドレッッシン
グ電極３０に付与されると、加熱素子２６にエネルギー
が付与され、素子２６のすぐ隣に存在する液体インクが
蒸発点まで急速に加熱され、蒸発インクのバブル３６を
形成する。拡張するバブル３６の力により、インク滴３
８はオリフィス１４からコピーシートの表面上へ噴出さ
れる。「コピーシート」は滴によってマークがその上に
形成される表面であり、例えば、紙シート又は透明体
（transparency) であってもよい。図２は本発明の一実
施例によるシステム図を示す。この実施例では、プリン
トヘッド上の加熱素子２６へ向かって供給バス中を流れ
る電流によって生じるような電圧降下が、ある所定時間
にパルス化すべき決定された加熱素子２６の数に基づい
て補償される。インク・ジェット・ロジック５４はイン
ク・ジェット・プリントヘッド（図示していない）上に
含まれ、プリントヘッド上の加熱素子２６の各々に制御
システム（図示していない）からのデータ入力に従って
パルスを選択的に供給する。データはシフトレジスタ４
２にも入力される。シフトレジスタへのデータ入力は、
どの加熱素子が作動されるべきかを表示するものであ
り、シフトレジスタ４２に逐次供給される。この特別の
実施例では、プリントヘッド上に含まれる３２個の加熱
素子のグループ（合計１２８個の加熱素子）に含まれた
０〜４個の加熱素子２６がある所定時間において作動さ
れるだろう。シフトレジスタ４２からのデータ出力の４
ビットは、アドレスとしてＲＯＭ２２へルーティングさ
れる。ＲＯＭ２２からのデータ出力は、作動すべき加熱
素子の数を表示する２ビットワードである。この場合、
ある所定時間において、００は、いずれの加熱素子２６
も作動されるべきでなく、また、４個の加熱素子２６の
中のいずれか１つが作動されるべきことに関して使用さ
れ、０１は、いづれか２つの加熱素子２６が作動される
べきことに関して使用され、１０は、いづれか３つの加
熱素子２６が作動されるべきことに関して使用され、１
１は、全ての加熱素子２６が作動されるべきことに関し
て使用される。 【００１２】ＲＯＭ２２からのデータ出力は、ＲＯＭ１
４６に含まれたルック・アップ・テーブルに対する入
力アドレスとして使用される。ＲＯＭ１ ４６は、各ア
ドレスにおいて各アドレスに対するコード化されたパル
ス幅を含んだデータを有する。ＲＯＭ１ ４６は、作動
すべき加熱素子２６に付与されるパルス幅である。この
特別の実施例では、パルス幅はマイクロ秒の１／８の増
分で変調される。ＲＯＭ１からの出力は比較器４８にル
ーティングされる。制御装置からのイネイブルパルス
が、カウンタ５０のカウントを開始するゲート型高速ク
ロック５２をスタートさせる。この実施例では、高速ク
ロックが１／８マイクロ秒毎にカウンタを増分する。カ
ウンタ５０の出力は比較器４８にもルーティングされ
る。比較器４８は、ＲＯＭ１ ４６から出力されたコー
ド化されたパルス幅がカウンタ５０から出力されたカウ
ントより大きいときはいつでもオン状態である。カウン
タ５０が、ＲＯＭ１ ４６の出力に等しい出力を有する
ようなポイントまでカウントしたときに、比較器はその
出力を遮断する。比較器４８からのこの出力は、この結
果、作動すべき加熱素子の数に関連したパルス幅を有す
ることになる。パルスはその後、インク・ジェット・ロ
ジック５４に出力される。インク・ジェット・ロジック
５４は、所定のパルス幅を有したパルスを適当な加熱素
子に与える。このプロセスは、印刷媒体に関してプリン
トヘッドが移動するときにそれらの加熱装置の作動を通
ずるようにして再び循環する前に、３２回繰り返される
（３２個の加熱素子の各グループに対して１回）。より
好ましい実施例では、プロセスを３２回繰り返すのにほ
ぼ２００ミリ秒かかる。本発明を変形して、プリントヘ
ッド上に含まれるどのような数の加熱素子をもある所定
時間においてパルス化することが可能であり、この装置
はパルス化すべき加熱素子の数を補償することができ
る。 【００１３】図３は本発明の第２の実施例のシステム図
を示すものであり、この実施例は、作動すべき加熱素子
の数と共に、プリントヘッド上における加熱素子２６の
位置をも基礎として個々の加熱素子２６の両端の電圧降
下を補償する。図２のそれと同様の図３に含まれる回路
は同じように動作するため、ここでは更に説明しない。
加熱素子２６における電圧降下をプリントヘッド上にお
けるそれらの位置によって補償するため、カウンタ５６
が使用される。この特別の実施例では、カウンタ５６は
０から３１までカウントする。カウンタ５６のカウント
は、プリントヘッドに含まれた４個の加熱素子の３２個
のグループの中の１つを表示する。比較器４８がパルス
を出力するたびに、そのパルスはカウンタ５６にも供給
され、カウンタ５６はそのカウントを１だけ進める。カ
ウンタ５６のカウントはＲＯＭ１４６に出力され、アド
レスの一部として用いられる。この結果、ＲＯＭ１ ４
６のアドレスは、作動すべき加熱素子の数と共に、作動
すべき加熱素子のプリントヘッド上における位置を表示
するようなデータによって選択される。よりこの細かな
制御を与えるように本発明の装置を容易に変更すること
ができ、ある所定時間において作動されるであろう４個
の加熱素子の３２個のグループの中の各々に関してパル
ス幅を選択するような本発明においては、１つ１つの加
熱素子が個々に変調されたパルス幅を用いてパルス化さ
れ得る。 【００１４】その各々がある特別な印刷状態を反映する
ような多数のルック・アップ・テーブルをユーザがＲＯ
Ｍ１ ４６から利用できることは明らかであろう。ユー
ザは、所望のスポットサイズを選択するだけでなく、例
えば、使用されているインクの特別な型やコピーシート
の特別な型に関するデータにエンターすることもでき
る。（例えば、異なる色の）異なる型のインクは異なる
温度感度特性を有することが多い。更に、様々な量のシ
アン、イエロー、マゼンタ、若しくはブラックインクを
組み合わせて異なる色を作り出すカラー印刷では、ユー
ザ調整可能なスポットサイズ制御入力を用いて所望のカ
ラーの調和を達成することができる。印刷された像の質
に影響を与える他の印刷パラメータは、平面紙、若しく
は透明体のような使用されるコピーシートの型である。
本発明を透明物の上に印刷するために使用される場合
に、印字スループットに不利益を生じさせることなく所
望のインク状態を達成するには、通常のスポットサイズ
よりより大きなものに選択するのがよいことが明らかと
なっている。実際の継続時間は、実際の装置を用いた経
験から引き出された実験データを通じて得ることもでき
る。本発明の制御システムを使用すれば、噴出器からの
インク噴出の各サイクルの後に加熱パルスの適当な継続
時間、即ち、十分に連続した継続時間、を再決定するこ
とが可能である。実際の状態においては、一般に、噴出
器若しくは隣合う噴出器における加熱素子の作動によっ
てさえ、プリントヘッドや、個々のチャネル内のインク
は、新たな継続時間がすぐ次のサイクルで必要とされて
しまうような拡張点まで加熱されてしまう。本発明の装
置は、そのような温度変化に素早く応答するに十分なほ
ど多様性がある。この装置は、インク射出の各サイクル
に続けて、若しくは、いくつかの所定数のサイクルに続
けて、インクの温度を感知するようにされており、それ
は例えば、いづれかの温度感知装置の時間遅延を許容す
ることが望まれており、また、プリントヘッドがページ
両端の印字スワット（printing swaths)間で方向を変更
したときであるように、プリントヘッドの動作が途切れ
たときに都合よく、インクの温度を感知するようにされ
ている。 【００１５】図４は、作動すべき加熱素子２６の数と、
作動すべき加熱素子２６のプリントヘッド上における位
置と共に、あるいづれかの時間におけるプリントヘッド
の温度を補償することによって加熱素子２６に付与され
るパルス信号の電圧降下を補償するシステム図を示す。
プリントヘッド上に配置されたサーミスタが、プリント
ヘッドの温度を測定する。測定温度はアナログ対デジタ
ルコンバータ５８に付与され、これはその測定温度をデ
ジタルデータに変換する。アナログ対デジタルコンバー
タの出力はＲＯＭ１ ４６に供給される。従って、ＲＯ
Ｍ１ ４６は、作動すべき加熱素子２６の数と、作動す
べき加熱素子２６のプリントヘッド上における位置と、
いづれかの所定時間におけるプリントヘッドの測定温度
とを表示するようなデータに基づいてアドレスを選択す
る。図４に示された回路の残りは、図３に示されたもの
と同じように機能するものであるから、ここでは更に説
明しない。アナログ対デジタルコンバータ５８とサーミ
スタ６０を用いることにより、パルス幅は、更に、プリ
ントヘッドの測定温度に基づいて選択される。プリント
ヘッドの温度が上昇したときは、一定サイズのインクド
ロップを作り出すのにそれほどのエネルギーを必要とし
ないため、本発明のシステムはより短いパルス幅を選択
するだろう。
ンタ、更に言えば、インク・ジェット・プリントヘッド
の加熱素子に付与されるパルス信号の電圧降下を補償し
て、印刷の質を高める装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】サーマル・インク・ジェット・プリンタ
は、複数の滴噴出器からインク滴を選択的に噴出してコ
ピー表面上に所望の像を形成する。プリントヘッドは一
般に、インクをコピー表面に運搬する滴噴出器を備え
る。プリントヘッドは像を印刷すべくコピー表面に対し
て後方および前方に移動することができる。また、アレ
イはコピーシート幅の全体にわたって拡張されていても
よい。どちらの場合においても、コピー表面はプリント
ヘッドの線型アレイに対して垂直方向に移動する。イン
ク滴噴出器は一般に、細管チャネルのようなインク通路
を備えており、このインク通路はノズル端を有し、ま
た、１つ若しくは２つ以上のインク供給マニホールドに
接続されている。各チャネルは一般に、インクを加熱す
るための加熱素子を有する。マニホールドからのインク
は、適当な信号に応答して、チャネル内のインクが急速
に加熱され且つチャネル内に配置された加熱素子によっ
て蒸発されるまでは、各チャネル内に保持される。幾つ
かのインクのこの急速な蒸発は、ある量のインクを生じ
させる気泡、即ち、ノズルを通じてコピー表面に噴出さ
せる滴を形成する。Hawkins に付与された米国特許第
４，７７４，５３０号は一般的なインク・ジェットプリ
ントヘッドの通常の形態を示す。高速印刷を可能にする
には、印刷すべきパターンに必要なものと同じであるよ
うな、同時印刷可能な多数のジェットを有することが必
要である。例えば、一般に商業利用可能な１２８ジェッ
トプリントヘッドは、４つまでのジェットが同時に作動
（fire) される。 【０００３】従来のインク・ジェット・プリントヘッド
デバイスにおいて、加熱素子両端に付与される電圧は一
般に、「スレッショルド」電位（滴が噴出される電位の
中で最も低いもの）より１０％大きい。しかしながら、
電圧があまり高く設定されると、プリントヘッドはコゲ
イション（kogation) （残留インク）によって早期に劣
化し、加熱故障を生じる。幾つかの従来装置はプリント
ヘッドの温度を制御して滴およびその後のスポットサイ
ズを制御しようと試みた。例えば、Kneezel 等に付与さ
れた米国特許第４，９８０，７０２号は、加熱動作を調
整してプリントヘッドを所望の動作範囲に保持するよう
な制御回路を利用した温度制御装置を開示する。しかし
ながら、プリントヘッドの温度制御は困難である。なぜ
なら、一定の温度範囲を達成するには、温度を感知し、
加熱装置を調整し、更に、調整温度を調査するのに、大
きなフィードバック時間を必要とするからである。プリ
ントヘッドの温度を直接的に制御する困難性を克服する
ため、Wysocki 等に付与された米国特許第５，２２３，
８５３号は、ある大きさと継続時間を有した電気信号を
加熱素子に選択的に付与することによって噴出されるイ
ンク滴のサイズを制御することを提案している。 【０００４】Shirato 等に付与された米国特許第４，３
４５，２６２号に開示されているように、放電された滴
のサイズは電気エネルギー量といった様々な制御ファク
タによって決定されることが知られている。 【０００５】 【発明の概要】プリントヘッドの個々の加熱素子の両端
に付与される電圧の変化は、パルス化されるプリントヘ
ッド上の加熱素子の位置と共に、いくつの加熱装置が同
時にパルス化されるかに依存することが明らかとなって
いる。しかしながら、どの従来例も、いくつの素子が同
時にパルス化されるかということや、若しくは、作動(f
ire)される素子のプリントヘット上における位置に依存
して、加熱素子における電圧降下を補償する装置を開示
してはいない。故に、本発明の目的は、インク・ジェッ
ト・プリンタの加熱素子のための電圧降下修正を提供す
ることにある。また、本発明の目的は、同時にパルス化
される加熱素子の数に依存してそのような電圧降下修正
を提供することにある。また、本発明の目的は、パルス
化される加熱素子のプリントヘッド上における位置に依
存してそのような電圧降下修正を提供することにある。
また、本発明の目的は、上昇温度においてインク・ジェ
ット・プリントヘッドにおいて噴出される滴のサイズを
制御することにある。 【０００６】上の及び他の目的を達成するため、本発明
は、インク・ジェット印刷装置のプリントヘッド上の複
数の加熱素子に選択的に付与される電気パルス信号の電
圧降下を補償する方法を有する。この方法は、作動すべ
き複数の加熱素子の数を決定する段階と、決定されたパ
ルス化すべき加熱素子の数を含む情報に基づいて各パル
ス信号の継続時間を選択する段階と、を備える。他の特
徴において、この方法は更に、パルス化すべき各加熱素
子のプリントヘッド上における位置を決定し、この決定
されたパルス化すべき加熱素子の位置にも基づいて、パ
ルス信号の継続時間を選択する段階を備える。この方法
は、決定されたパルス化すべき加熱素子の数が増加する
につれてパルス信号の継続時間を増加させ、作動すべき
加熱素子の位置がプリントヘッドの中央に近づくにつれ
てパルス信号の継続時間を増加させることにより、加熱
素子に付与される電気パルス信号の電圧降下を補償す
る。この発明はまた、上述の方法を実行するための装置
を含む。 【０００７】 【実施例】スポットサイズを電気入力信号を用いて一般
的に制御するものに関して背景情報を示すため、Wysock
i 等の米国特許第５，２２３，８５３号が本明細書に参
考として組み入れられている。インク・ジェット・プリ
ントヘッドの加熱素子における電圧変化は、プリントヘ
ッドにおける寄生抵抗や外部回路、ある所定時間に同時
にパルス化される加熱装置の数、作動すべき加熱素子の
プリントヘッド上における位置のような、様々なファク
タによって発生する。従来のインク・ジェット・プリン
タにおける、ある所定の加熱素子両端におけるそのよう
な電圧降下は、「スレッショルド」電位（インク滴が最
初に生成される電位）よりほぼ１０％大きい電位を有し
たパルスを個々の加熱素子に生成することによって一般
に補償される。これは、加熱素子の位置、若しくは、同
時に作動されるヘッド数にかかわらず、各加熱素子が滴
噴出のために十分な温度に到達するであろうことを確実
なものとする。印刷のために加熱装置に付与される最適
な電圧は、作動すべき加熱素子の数および位置による変
化と共に、加熱装置の抵抗、駆動トランジスタ・オン・
抵抗（on-resistance)、パルス幅に依存する。更に、加
熱装置やトランジスタ抵抗における変化が、全てのジェ
ットが確実に印字を行うに十分なほど高い電圧に電源を
設定する必要を生じさせる。電圧をあまりに高く設定す
ると、コゲイション（残留インク）を通じてプリントヘ
ッドの劣化が生じ、加熱素子の故障が生じる。より高い
電圧においては、加熱素子はより早く加熱されてしま
う。加熱素子のプリントヘッド上における位置、若しく
は、ある所定時間において作動すべき加熱素子の数によ
る電圧変化の明示は、プリントヘッドがスレッショルド
電圧に非常に近接して動作されたときに明らかとされ
る。これは、単一の加熱素子は確実に作動されるであろ
うが、複数の加熱素子がパルス化される場合にはそれら
は作動に失敗するといった状態を生じる。更に、プリン
トヘッドのエッジ付近の単一の加熱素子は確実に作動す
るであろうが、もしそれがプリントヘッドの中央付近に
配置された場合には作動に失敗してしまうだろう。この
理由は、寄生抵抗の両端にはより大きな電圧降下が存在
するが、これに応じて、多数の加熱素子が作動される場
合、若しくは、プリントヘッドの中央近くに配置された
加熱素子に対しては、加熱素子の両端により小さな電圧
降下しか存在しないということによる。 【０００８】サーマル・インク・ジェット性能を電圧パ
ルス幅の使用によってかなり改善できることが明らかと
されている。これは、プリントヘッド・カートリッジの
動作範囲を拡張することにより、動作の信頼性をかなり
増大させることができる。それは更に、スポットサイズ
を調整し、空気がインクチャネル中に摂取されてしまう
ことを排除する。上の問題を解決するため、本発明は、
同時にパルス化すべき加熱素子の数が増加するにつれ、
若しくは、作動される加熱素子がプリントヘッド上にお
いて中央により近づくにつれ、パルス幅を増加させる装
置を提供する。本発明は、ある所定時間においてパルス
化すべき加熱素子の数、及び／又は、位置、によって選
択される少なくとも１つのルック・アップ・テーブルを
使用する。従って、パルス幅は、パルス化すべき加熱素
子の数、及び／又は、位置によって制御される。この結
果、プリントヘッド上におけるそれらの位置、若しく
は、作動されるジェットの数により、より低い電圧と見
られる加熱素子はパルス幅が適当に変更されることか
ら、確実に噴流するのに必要とされる温度にはいまだ到
達していない。更に、この装置は以下に説明するよう
に、プリントヘッドの温度に従ってパルス幅を変更する
ことができる。 【０００９】前述の背景技術の記述で述べているよう
に、サーマルインク・ジェット・プリンタの動作特性
は、プリントヘッドの温度における変化によって影響さ
れる。プリントヘッドの温度があまりに低すぎると、印
刷の質は、とっぴな噴流（erratic jetting)によって印
字品質の欠陥、貧弱な文字形成、低い印刷密度を生じる
だろう。プリントヘッドの温度があまりに高すぎると、
解像度損失（resolution loss)、不適当な乾燥、若しく
はとっぴな動作が生じることがある。とっぴな動作が発
生する温度範囲は比較的大きい（つまり、摂氏10〜70度
(C)）。この大きな温度範囲の中で、良好な印字品質を
提供するのはより小さな範囲である。より小さなこの範
囲は、プリントヘッドやインク設計における変化によっ
て影響されるが、経験上、より小さなこの範囲は一般に
は10〜20°C であることが明らかとなっている。プリン
トヘッド温度がより小さなこの範囲から移動したとき、
印字品質は劣化する。特に、プリントヘッドの温度がよ
り小さな範囲における最小値以下に低下したとき、印字
品質は、十分充填されていない文字や低い印刷密度をこ
うむる。プリントヘッドの温度がより小さな範囲におけ
る最大値以上に上昇したとき、印字品質は、幅の広がっ
た線や印刷解像度損失（loss of print resolution) を
こうむる。カラー印刷の場合には、色彩がそれらの意図
する色合いから変化してしまうことを防止するため、均
一に移動するよう制限された温度範囲が必要とされる。
電気加熱パルスを所定の加熱素子に付与することによっ
て印刷は影響されるため、印刷を実行するとプリントヘ
ッドの温度は増加する。それ故、連続的な高密度印刷
は、許容範囲を越える上昇をプリントヘッド温度に生じ
させてしまうことがある。 【００１０】図１は、インク・ジェット・プリンタの滴
噴出器の部分立面図を示しており、インク・ジェット・
プリントヘッドの１つのバージョンで発見されたそのよ
うな複数の噴出器の中の１つを示すものである。一般
に、そのような噴出器は、１インチあたり３００個の噴
出器の線型アレイの大きさとされ、またそのように配列
されている。本発明において使用されるように、そこに
形成された滴噴出器（一般には１２８個の噴出器）のた
めに複数のチャネルを有したシリコン部材は、「ダイ・
モジュール」若しくは「チップ」として知られている。
サーマルインク・ジェット装置は、画像がその上に印刷
されるコピーシート幅、８1/2 インチ若しくはそれ以上
の全体にわたって拡張されているような単一チップを有
していてもよいが、多くの装置はコピーシートの両端を
タイプライターの方法で移動するか、若しくは、層の幅
全体にわたって当接されて完全な幅のプリントヘッドを
形成するようなより小さなチップを備えている。多数の
チップを用いて設計する際、各チップはそれ自身のイン
ク供給マニホールドを備えていてもよいし、或いは、多
数のチップが１つの共通インク供給マニホールドを共有
していてもよい。１０で示された各噴出器は、オリフィ
ス１４で終極する細管チャネル１２を含む。チャネル１
２は、インクの滴が噴出される時間までは、細管チャン
ネル１２の内部にある量のインク１６を規則正しく保持
する。複数の細管チャネル１２の各々に、インク供給マ
ニホールド（図示していない）からのインクの供給が保
持される。チャネル１２は一般に、幾つかの層の当接に
よって形成される。図１に示された噴出器において、チ
ャネル１２の主要部分は、結晶シリコンで形成され基板
１８に異方性エッチングされている溝によって形成され
る。上部基板１８は厚膜層２０と当接し、更に、低部基
板２２と当接する。 【００１１】厚膜層２０と低部基板２２の間に挟まれて
いるのが、細管チャネル１２からインクの滴を噴出させ
る電気素子である。厚膜層２０の開口によって形成され
た凹部２４内部に加熱素子２６が存在する。加熱素子２
６は一般に、例えば、約１ミクロンの厚みを有したタン
タル層で形成された保護層によって保護される。加熱素
子２６は、アドレッシング電極３０に電気的に接続され
る。プリントヘッドの多数のノズル１０の各々は、以下
により詳細に説明するように、制御回路によって選択的
に制御されるそれ自身の加熱素子２６と個々のアドレッ
ッシング電極３０を有する。電気信号がアドレッッシン
グ電極３０に付与されると、加熱素子２６にエネルギー
が付与され、素子２６のすぐ隣に存在する液体インクが
蒸発点まで急速に加熱され、蒸発インクのバブル３６を
形成する。拡張するバブル３６の力により、インク滴３
８はオリフィス１４からコピーシートの表面上へ噴出さ
れる。「コピーシート」は滴によってマークがその上に
形成される表面であり、例えば、紙シート又は透明体
（transparency) であってもよい。図２は本発明の一実
施例によるシステム図を示す。この実施例では、プリン
トヘッド上の加熱素子２６へ向かって供給バス中を流れ
る電流によって生じるような電圧降下が、ある所定時間
にパルス化すべき決定された加熱素子２６の数に基づい
て補償される。インク・ジェット・ロジック５４はイン
ク・ジェット・プリントヘッド（図示していない）上に
含まれ、プリントヘッド上の加熱素子２６の各々に制御
システム（図示していない）からのデータ入力に従って
パルスを選択的に供給する。データはシフトレジスタ４
２にも入力される。シフトレジスタへのデータ入力は、
どの加熱素子が作動されるべきかを表示するものであ
り、シフトレジスタ４２に逐次供給される。この特別の
実施例では、プリントヘッド上に含まれる３２個の加熱
素子のグループ（合計１２８個の加熱素子）に含まれた
０〜４個の加熱素子２６がある所定時間において作動さ
れるだろう。シフトレジスタ４２からのデータ出力の４
ビットは、アドレスとしてＲＯＭ２２へルーティングさ
れる。ＲＯＭ２２からのデータ出力は、作動すべき加熱
素子の数を表示する２ビットワードである。この場合、
ある所定時間において、００は、いずれの加熱素子２６
も作動されるべきでなく、また、４個の加熱素子２６の
中のいずれか１つが作動されるべきことに関して使用さ
れ、０１は、いづれか２つの加熱素子２６が作動される
べきことに関して使用され、１０は、いづれか３つの加
熱素子２６が作動されるべきことに関して使用され、１
１は、全ての加熱素子２６が作動されるべきことに関し
て使用される。 【００１２】ＲＯＭ２２からのデータ出力は、ＲＯＭ１
４６に含まれたルック・アップ・テーブルに対する入
力アドレスとして使用される。ＲＯＭ１ ４６は、各ア
ドレスにおいて各アドレスに対するコード化されたパル
ス幅を含んだデータを有する。ＲＯＭ１ ４６は、作動
すべき加熱素子２６に付与されるパルス幅である。この
特別の実施例では、パルス幅はマイクロ秒の１／８の増
分で変調される。ＲＯＭ１からの出力は比較器４８にル
ーティングされる。制御装置からのイネイブルパルス
が、カウンタ５０のカウントを開始するゲート型高速ク
ロック５２をスタートさせる。この実施例では、高速ク
ロックが１／８マイクロ秒毎にカウンタを増分する。カ
ウンタ５０の出力は比較器４８にもルーティングされ
る。比較器４８は、ＲＯＭ１ ４６から出力されたコー
ド化されたパルス幅がカウンタ５０から出力されたカウ
ントより大きいときはいつでもオン状態である。カウン
タ５０が、ＲＯＭ１ ４６の出力に等しい出力を有する
ようなポイントまでカウントしたときに、比較器はその
出力を遮断する。比較器４８からのこの出力は、この結
果、作動すべき加熱素子の数に関連したパルス幅を有す
ることになる。パルスはその後、インク・ジェット・ロ
ジック５４に出力される。インク・ジェット・ロジック
５４は、所定のパルス幅を有したパルスを適当な加熱素
子に与える。このプロセスは、印刷媒体に関してプリン
トヘッドが移動するときにそれらの加熱装置の作動を通
ずるようにして再び循環する前に、３２回繰り返される
（３２個の加熱素子の各グループに対して１回）。より
好ましい実施例では、プロセスを３２回繰り返すのにほ
ぼ２００ミリ秒かかる。本発明を変形して、プリントヘ
ッド上に含まれるどのような数の加熱素子をもある所定
時間においてパルス化することが可能であり、この装置
はパルス化すべき加熱素子の数を補償することができ
る。 【００１３】図３は本発明の第２の実施例のシステム図
を示すものであり、この実施例は、作動すべき加熱素子
の数と共に、プリントヘッド上における加熱素子２６の
位置をも基礎として個々の加熱素子２６の両端の電圧降
下を補償する。図２のそれと同様の図３に含まれる回路
は同じように動作するため、ここでは更に説明しない。
加熱素子２６における電圧降下をプリントヘッド上にお
けるそれらの位置によって補償するため、カウンタ５６
が使用される。この特別の実施例では、カウンタ５６は
０から３１までカウントする。カウンタ５６のカウント
は、プリントヘッドに含まれた４個の加熱素子の３２個
のグループの中の１つを表示する。比較器４８がパルス
を出力するたびに、そのパルスはカウンタ５６にも供給
され、カウンタ５６はそのカウントを１だけ進める。カ
ウンタ５６のカウントはＲＯＭ１４６に出力され、アド
レスの一部として用いられる。この結果、ＲＯＭ１ ４
６のアドレスは、作動すべき加熱素子の数と共に、作動
すべき加熱素子のプリントヘッド上における位置を表示
するようなデータによって選択される。よりこの細かな
制御を与えるように本発明の装置を容易に変更すること
ができ、ある所定時間において作動されるであろう４個
の加熱素子の３２個のグループの中の各々に関してパル
ス幅を選択するような本発明においては、１つ１つの加
熱素子が個々に変調されたパルス幅を用いてパルス化さ
れ得る。 【００１４】その各々がある特別な印刷状態を反映する
ような多数のルック・アップ・テーブルをユーザがＲＯ
Ｍ１ ４６から利用できることは明らかであろう。ユー
ザは、所望のスポットサイズを選択するだけでなく、例
えば、使用されているインクの特別な型やコピーシート
の特別な型に関するデータにエンターすることもでき
る。（例えば、異なる色の）異なる型のインクは異なる
温度感度特性を有することが多い。更に、様々な量のシ
アン、イエロー、マゼンタ、若しくはブラックインクを
組み合わせて異なる色を作り出すカラー印刷では、ユー
ザ調整可能なスポットサイズ制御入力を用いて所望のカ
ラーの調和を達成することができる。印刷された像の質
に影響を与える他の印刷パラメータは、平面紙、若しく
は透明体のような使用されるコピーシートの型である。
本発明を透明物の上に印刷するために使用される場合
に、印字スループットに不利益を生じさせることなく所
望のインク状態を達成するには、通常のスポットサイズ
よりより大きなものに選択するのがよいことが明らかと
なっている。実際の継続時間は、実際の装置を用いた経
験から引き出された実験データを通じて得ることもでき
る。本発明の制御システムを使用すれば、噴出器からの
インク噴出の各サイクルの後に加熱パルスの適当な継続
時間、即ち、十分に連続した継続時間、を再決定するこ
とが可能である。実際の状態においては、一般に、噴出
器若しくは隣合う噴出器における加熱素子の作動によっ
てさえ、プリントヘッドや、個々のチャネル内のインク
は、新たな継続時間がすぐ次のサイクルで必要とされて
しまうような拡張点まで加熱されてしまう。本発明の装
置は、そのような温度変化に素早く応答するに十分なほ
ど多様性がある。この装置は、インク射出の各サイクル
に続けて、若しくは、いくつかの所定数のサイクルに続
けて、インクの温度を感知するようにされており、それ
は例えば、いづれかの温度感知装置の時間遅延を許容す
ることが望まれており、また、プリントヘッドがページ
両端の印字スワット（printing swaths)間で方向を変更
したときであるように、プリントヘッドの動作が途切れ
たときに都合よく、インクの温度を感知するようにされ
ている。 【００１５】図４は、作動すべき加熱素子２６の数と、
作動すべき加熱素子２６のプリントヘッド上における位
置と共に、あるいづれかの時間におけるプリントヘッド
の温度を補償することによって加熱素子２６に付与され
るパルス信号の電圧降下を補償するシステム図を示す。
プリントヘッド上に配置されたサーミスタが、プリント
ヘッドの温度を測定する。測定温度はアナログ対デジタ
ルコンバータ５８に付与され、これはその測定温度をデ
ジタルデータに変換する。アナログ対デジタルコンバー
タの出力はＲＯＭ１ ４６に供給される。従って、ＲＯ
Ｍ１ ４６は、作動すべき加熱素子２６の数と、作動す
べき加熱素子２６のプリントヘッド上における位置と、
いづれかの所定時間におけるプリントヘッドの測定温度
とを表示するようなデータに基づいてアドレスを選択す
る。図４に示された回路の残りは、図３に示されたもの
と同じように機能するものであるから、ここでは更に説
明しない。アナログ対デジタルコンバータ５８とサーミ
スタ６０を用いることにより、パルス幅は、更に、プリ
ントヘッドの測定温度に基づいて選択される。プリント
ヘッドの温度が上昇したときは、一定サイズのインクド
ロップを作り出すのにそれほどのエネルギーを必要とし
ないため、本発明のシステムはより短いパルス幅を選択
するだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】インク・ジェット・プリントヘッドのノズルの
部分立面図。 【図２】パルス化すべき加熱素子の数に関する電圧降下
修正を備えた一実施例を示すシステム図。 【図３】パルス化すべき加熱素子の数と、パルス化すべ
き加熱素子のプリントヘッド上における位置の両方に関
する電圧降下修正を備えた他の実施例を示すシステム
図。 【図４】パルス化すべき加熱素子の数と、パルス化すべ
き加熱素子の位置と、インクの温度と、に関する電圧降
下修正を備えた他の実施例を示すシステム図。
部分立面図。 【図２】パルス化すべき加熱素子の数に関する電圧降下
修正を備えた一実施例を示すシステム図。 【図３】パルス化すべき加熱素子の数と、パルス化すべ
き加熱素子のプリントヘッド上における位置の両方に関
する電圧降下修正を備えた他の実施例を示すシステム
図。 【図４】パルス化すべき加熱素子の数と、パルス化すべ
き加熱素子の位置と、インクの温度と、に関する電圧降
下修正を備えた他の実施例を示すシステム図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ジュアン ジェイ ベセラ
アメリカ合衆国 ニューヨーク州
14580 ウェブスター クラレンドン
コート 453
(72)発明者 トーマス ピー コートニー
アメリカ合衆国 ニューヨーク州
14450 フェアポート ロス コモン
クレッセント 48
(72)発明者 ゲアリー エイ ニーゼル
アメリカ合衆国 ニューヨーク州
14580 ウェブスター ウッダード ロ
ード 1819
(72)発明者 リチャード ヴィー ラドーナ
アメリカ合衆国 ニューヨーク州
14450 フェアポート グランドヴィュ
ー ドライヴ 67
(72)発明者 ピーター ジェイ ジョン
アメリカ合衆国 ニューヨーク州
14616 ロチェスター リップルウッド
ドライヴ 450
(72)発明者 トーマス イー ワトロブスキー
アメリカ合衆国 ニューヨーク州
14526−1807 ペンフィールド アトラ
ンティク アベニュー 3531
(72)発明者 ジョセフ ジェイ ワイソッキー
アメリカ合衆国 ニューヨーク州
14580 ウェブスター クレスト サー
クル 544
(56)参考文献 特開 昭57−79761（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−232750（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B41J 2/05
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 インク・ジェット・プリンタ装置のプリ
ントヘッド上の複数の加熱素子に選択的に付与される電
気パルス信号の電圧降下を補償する装置において、 パルス化すべき前記複数の加熱素子の各々のプリントヘ
ッド上における位置を決定する第１決定手段と、前記電気パルス信号の各々の継続時間を、パルス化すべ
き前記複数の加熱素子の前記決定された位置に基づいて
選択する選択手段と、を備え、 前記複数の加熱素子の位置がそれら複数の加熱素子の中
央に近づくにつれて、前記電気パルス信号の継続時間を
増加させることを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/209,050 US5497174A (en) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | Voltage drop correction for ink jet printer |
| US08/209050 | 1994-03-11 |
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Family
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|---|---|
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